دراسة سرعة التفاعل الكيميائي والعوامل المؤثرة عليه

الكيمياء الحركية

تهتم بدراسة الكيمياء الحركية

مسائل في الكيمياء الحركية

دروس الكيمياء الحركية

الكيمياء الحركية

دراسة سرعة التفاعل الكيميائي والعوامل المؤثرة عليه

بحث عن العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي

قوانين سرعة التفاعل

العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي

بحث عن سرعة التفاعل الكيميائي

تعريف سرعة التفاعل الكيميائي

سرعة التفاعل الكيميائي

درس نموذجي العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل

العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل

حركية التفاعلات الكيميائية

محاضرات كيمياء حركية

الحركية الكيميائية وميكانيكية التفاعلات

تهتم بدراسة سرعة التفاعل الكيميائي والعوامل المؤثرة عليه   

 معدل سرعة التفاعل

                  

  ΔC معدل التغير في التركيز المولاري (mol.l-1) 

Δt معدل التغير في الزمن الثانية (sec) وحدة السرعة هي:  mol .l-1.s-1    

وللتفاعل التالي:  

2N2O5 (g) → 4NO2(g) +O2 (g)   

             

              

                

                                  التركيزc

      [B]                                                                                             

[A]                     

                     الزمن t

    منحنيات تغير التركيز للمتفاعلات والنواتج مع الزمن للتفاعل الأفتراضي          A  →  B                           

قانون سرعة التفاعل

  العلاقة بين معدل سرعة التفاعل والتركيز (علاقة طردية بين تركيز المتفاعلات ومعدل السرعة )

                                                                                                              سرعة

                                                      التفاعل                                             

                 التركيز

وللتفاعل  aA   +  bB  →  cC 

قانون سرعة التفاعل

           Rate α  [A]x [B]y

         k [A]x [B]y =  Rate

[ ] التركيز المولاري لكل مادة متفاعلة y, x رتبة التفاعل بالنسبة للمادة A , وللمادة B على التوالي , ومجموع رتب التفاعل للمواد يساوي رتبة التفاعل الكلية (n)

n  =  x  +  y                            

  k ثابت معدل سرعة التفاعل تعتمد قيمته على درجة الحرارة  وعلى الطريقة التي يعبر بها عن المعدل .

وحدات  kتعتمد على قيمة رتبة التفاعل الكلية.

 (mol .L-1) 1- n . s-1                

  n رتبة التفاعل الكلية .

 حساب قانون سرعة التفاعل 

تعيين قيم رتب التفاعل لكل مادة متفاعلة في قانون سرعة التفاعل .

1- التفاعل من الرتبة الأولى(معدل الزيادة في السرعة يساوي معدل الزيادة في التركيز )  

2- التفاعل من الرتبة الثانية .إذا كانت مضاعفة التركيز مرة واحدة يصاحبها مضاعفة المعدل أربع مرات (22)ومرتين تسع مرات (32)

3- التفاعل من الرتبة الصفرية إذا كانت الزيادة في التركيز لا تؤثر على قيمة

  4- التفاعل من الدرجة السالبة أو الكسرية  يصاحبها دائماً انخفاض في قيمة السرعة مع الزيادة في التركيز .

قانون السرعة لتفاعل من الرتبة الأولى 

  وللتفاعل الافتراضي: A   →   B          

               

  التركيز الأبتدائي للمادة A عند الزمن t = 0 و [A]tتركيز المادة  Aبعد مرور زمن معين مقداره t وk ثابت المعدل t الزمن بوحدة الثانية . 

 وفي الطور الغازي :

                

  الضغط الجزئي الابتدائي للغازA عند الزمن t = 0 و  الضغط الجزئي للغازA بعد مرور فترة من الزمن مقدارها t 

فترة عمر النصف(t½)

الزمن اللازم حتى ينخفض تركيز المادة المتفاعلة إلى نصف قيمته الأولية، ولتفاعل من الرتبة الأولى لمادة متفاعلة تركيزها الابتدائي  

                   t½  =

     نظرية التصادم

سرعة التفاعل تتناسب طردا مع عدد التصادمات التي تحدث في كل ثانية بين   المتفاعلات.

العوامل التي تحدد هل التفاعل مثمر أم غير مثمر...؟

أولا: التوجه النسبي للجزئيات لحظة التصادم. للتفاعل التالي: A2 + B2 → 2AB

                             تفاعل مثمر(أ)

                           تفاعل غير مثمر(ب)

ثانيا: الطاقة التي تملكها الجزئيات لحظة التصادم

طاقة التنشيط (Ea) أقل مقدار من الطاقة تحتاجه الجزيئات المتفاعلة لتكوين النواتج وحصول التفاعل المثمر،وتساوي الفرق في الطاقة بين طاقة المتفاعلات أو النواتج وطاقة المركب النشط المتكون عند قمة المنحنى*

نظرية الحالة الانتقالية

قبل أن تتحول المواد المتفاعلة إلى نواتج فإنها تمر بحالة انتقالية ويتكون المعقد النشط ..الحالة الانتقالية (ترتيب غير مستقر للذرات يوجد في لحظة معينة خلال التفاعل الكيميائي)

    A     A     *A …A   A            A

         +                                         B          B           B...B          B    B                       

                           *

               Ea

          A2+B2           Ea

                  ∆H                        2AB                                                                            الطاقة

سير التفاعل

 اعتماد سرعة التفاعل على درجة الحرارة

 الزيادة في درجة الحرارة تؤدي إلى الارتفاع في ثابت المعدل وبالتالي في سرعة التفاعل 

كيف تؤثر الزيادة في درجة الحرارة على

معدل سرعة التفاعل..؟

T1                             

                                               عدد

             T2                              الجزيئات

       b

a    

الطاقة Ea                        

 الزيادة في درجة الحرارة تسبب زيادة في سرعة التفاعل نظرا للزيادة – أساسا- في كسر التصادمات المثمرة , وهذا الأخير يمثل العامل الأهم في زيادة سرعة التفاعل من درجة الحرارة.

        معادلة أرهينيوس

k = Ae-Ea/RT 

Ea طاقة التنشيط للتفاعل , T درجة الحرارة المطلقة, R الثابت العام للغازات,  Aتردد التصادم وهو قيمة ثابتة لتفاعل معين في مدى واسع نسبيا من درجات الحرارة، e أساس اللوغاريتم الطبيعي (e = 2.718..).

وعند مقارنة قيمتي ثابتي السرعة للتفاعل عند درجتي حرارة مختلفتين: 

              

تأثير المواد الحفازة على سرعة التفاعل

المادة الحفازة Catalyst هي مادة تضاف إلى التفاعل لزيادة سرعته دون أن يطرأ عليها أي تغير كيميائي فالتفاعل التالي:

2H2O2(aq) → 2H2O(l)+O2(g)

  مادةMnO2    المادة الحفازة للتفاعل.

  الحفز المتجانس:  المادة الحفازة ومواد التفاعل في طور واحد مثل:

2SO2(g)+O2(g)→ 2SO3(g)

مادة NO في الطور الغازي مادة حفازة.

  الحفز غير المتجانس: المادة الحفازة مع مواد التفاعل في أكثر من طور واحد مثل تفاعلات نزع أو إضافة الهيدروجين باستخدام السطوح الصلبة لبعض المواد المحفزة .

  الحديد الصلب Fe  مادة حفازة للتفاعل:

N2(g)+3H2(g)→ 2NH3(g)

كيف تزيد المادة الحفازة من  سرعة التفاعل؟

  المادة الحفازة تقوم بخفض طاقة التنشيط للتفاعل في حين أن قيمة ∆H للتفاعل ثابتة لا تتغير ، كما أن الانخفاض في طاقة التنشيط يكون للتفاعلين الأمامي(Ea)f    والعكسي (Ea)r في نفس الوقت.

                                                          في وجود مادة حفازة

                                   (Ea)f                                  

                                                                         الطاقة

(Ea)r                                                                                             

         سير التفاعل

تأثير مساحة السطح وطبيعة المواد على سرعة التفاعل

  تتكون طبقة من الصدأ على قطعة الحديد بعد فترة من الزمن ولا يتغير لون قطعة من الذهب أو الفضة.

  زيادة مساحة السطح   يؤدي إلى زيادة سرعة التفاعل … سرعة تفاعل مسحوق المغنيسيوم أكبر من سرعة تفاعل شريط من المغنيسيوم عند غمسه في حامض مركز.